CN107190635B - 哑铃型钢管混凝土组合桥墩及与承台的连接结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩，包括由两个圆形钢管及焊接于两个圆钢管之间的双层钢板构成的沿两个圆钢管的形心连线对称的哑铃型钢管，双层钢板与圆钢管之间采用角焊缝焊接。哑铃型钢管的底部焊接有端板，端板的外轮廓大于哑铃型钢管的横截面的外轮廓，端板上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔，哑铃型钢管内填充有混凝土。桥墩与承台采用灌浆波纹套筒埋入式连接，本发明中的哑铃型钢管与钢筋混凝土承台为预制构件，均可满足工厂预制，现场装配，实现快速施工。本发明具有轴向及抗弯承载力高，延性好，横向刚度大的特点，施工便捷，现场作业量及湿作业少，满足快速施工的需求，可应用于重大桥梁工程的桥墩尤其是高墩结构使用。

Description

哑铃型钢管混凝土组合桥墩及与承台的连接结构和方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩。

背景技术

随着我国交通事业的发展，大量的高速铁路、公路、跨海大桥等投入建设和使用。在抗震设防高烈度区，为保证桥梁结构的安全性，桥墩作为重要的承重构件，对其抗震性能有很高要求。传统桥墩多采用钢筋混凝土桥墩，其承载力及延性较差，在强震作用下易发生破坏。而对于跨海大桥等重要的生命线工程，桥墩发生破坏时修复极其困难。

近年来，钢管混凝土桥墩由于其良好的抗震性能及便捷的施工被应用于桥梁结构中。现有实际工程中多采用圆形、矩形钢管混凝土桥墩。其中圆形钢管混凝土桥墩中钢管对混凝土的约束效应最好，但其横桥向与顺桥向刚度相同，在满足横桥向刚度要求时顺桥向过于浪费。矩形钢管混凝土桥墩可满足横桥向与顺桥向刚度不同的需求，但宽厚比越大，钢管对混凝土的约束效应越差，桥墩的延性越差。

同时，在跨海大桥、山区桥梁、水库桥梁中，由于地形复杂或通航需求等因素，高桥墩的应用越来越广泛。在横桥向风荷载、地震荷载等作用下，高桥墩底部弯矩较高，需要抗弯更为高效的截面。因此，提出由两端圆形钢管及中间双层钢板构成的新型哑铃型桥墩截面，以有效增加高墩横桥向抗侧刚度及抗弯承载力，提高行车舒适性及抵抗自然灾害的能力。

目前，钢管混凝土桥墩与承台连接方式一般采用承压板连接和埋置式连接两种构造方法。其中承压板连接是指在钢管底端焊接端板，端板通过锚栓及锚固钢筋与承台连接，施工过程较为繁琐。埋置式连接是指钢管底端焊接端板，钢管下部与端板埋入承台内锚固，施工中多采用现浇式承台。为缩短桥梁施工工期，尽快开放交通，急需提出一种可实现预制拼装的桥墩-承台连接方法，满足桥梁快速施工的需求。

因此，设计一种具有较大横桥向抗侧刚度及强度的高桥墩形式，以及研究一种可实现快速施工的该桥墩与承台连接方法是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提出一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩及与承台的连接结构和施工方法。所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩其目的在于克服现有桥墩存在的自重大，抗震性能差的缺点，充分考虑到桥墩横桥向与顺桥向刚度差异大的特点，该桥墩承载力高，延性好，横向抗侧刚度大，适用于高桥墩。所述哑铃型钢管混凝土桥墩与承台连接快速施工方法为灌浆金属波纹套筒埋入式连接，可应用于预制桥墩、承台的连接锚固，所述连接构造抗震性能好，施工便捷，现场作业量小，有利于缩短工期，具有较好的经济效益和安全性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩，包括哑铃型钢管，所述哑铃型钢管的底部采用角焊缝焊接有端板，所述端板的外轮廓大于所述哑铃型钢管的横截面的外轮廓，所述端板上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔，所述哑铃型钢管内填充有混凝土。

进一步讲，所述哑铃型钢管由两个圆形钢管及焊接于所述两个圆形钢管之间的双层钢板构成，所述双层钢板沿所述两个圆形钢管的形心连线对称分布。

所述双层钢板与所述两个圆形钢管之间的焊接采用角焊缝焊接。

上述钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构，其中，承台是钢筋混凝土承台，所述钢筋混凝土承台的中央位置处设有用于埋置哑铃型钢管混凝土组合桥墩的槽，所述槽的深度为桥墩埋置深度，所述槽的侧壁由与承台嵌固的金属波纹套筒构成，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩通过预埋螺栓与所述承台临时固定；所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩的水平投影的外轮廓小于所述金属波纹套筒的水平投影的内轮廓，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩与所述金属波纹管之间填充有纤维增强水泥。

上述钢管混凝土组合桥墩与承台的连接方法，包括以下步骤：

步骤一、哑铃型钢管工厂预制：按照设计尺寸制作端板，在端板上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔；按照设计尺寸加工双层钢板和两个圆形钢管，并采用角焊缝焊接将双层钢板与两个圆形钢管焊接，在底部采用角焊缝焊接上端板，从而构成哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分；

步骤二、钢筋混凝土承台工厂预制：按照承台的设计尺寸绑扎钢筋笼，在承台浇筑前，于桥墩埋置位置处设置金属波纹套筒，为桥墩预留埋置空间，所述金属波纹套筒的截面尺寸大于桥墩底部的端板尺寸，所述金属波纹套筒的高度为桥墩埋置深度；并于与端板上锚栓孔对齐的位置处设置预埋锚栓；浇筑混凝土，得到预制钢筋混凝土承台；

步骤三、在施工现场，按照设计位置安装步骤二预制的承台，将步骤一制得的哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分，按照端板朝下竖立在承台内的金属波纹套筒中，且预埋锚栓与端板上的锚栓孔对齐，通过锚栓连接件将哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分与承台连接，使哑铃型钢管于桥墩指定位置处临时固定；然后，向哑铃型钢管的圆形钢管内侧及双层钢板内侧浇筑混凝土，从而构成了哑铃型钢管混凝土组合桥墩；所述金属波纹套筒与哑铃型钢管混凝土组合桥墩之间的空隙采用纤维增强水泥填充。

进一步讲，步骤三中，向哑铃型钢管的圆形钢管内侧及双层钢板内侧浇筑的混凝土选自于普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土和橡胶混凝土中的任何一种。

步骤一中，双层钢板和圆形钢管的材质选用普通低碳钢、耐候钢和屈服强度在550MP以上的高强钢和不锈钢中的任何一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.哑铃型钢管混凝土组合桥墩横桥向抗弯刚度大，适用于高桥墩。顺桥向保证抗弯刚度的基础上降低了截面面积，满足了桥梁工程横桥向与顺桥向抗弯刚度差异大的需求，也避免了矩形钢管混凝土桥墩宽厚比较大时，钢管约束效应差的弊端。

2.哑铃型钢管混凝土组合桥墩在保证竖向承载力的同时，横向具有更高的抗弯承载力。相比其他截面形状，哑铃型钢管混凝土桥墩中的圆形钢管对混凝土的约束效应更好，提高了混凝土材料的抗压强度和延性，能充分利用材料强度。

3.应用于跨江、跨海、跨水库大桥中时，桥墩横桥向为圆形截面，有利于水流通过，减少动水压力对结构的影响。

4.本发明钢管混凝土桥墩与承台连接结构及方法与现有桥墩与承台连接方法相比，施工简便，现场工作量和湿作业少，可实现预制桥墩、预制承台的连接，且连接节点具有较好的抗震性能。施工过程中无需支模，有利于缩短工期，具有良好的经济效益。

附图说明

图1-1是本发明桥墩与承台连接剖面构造示意图；

图1-2是图1-1所示桥墩与承台连接的俯视图；

图2-1是本发明中承台的俯视图；

图2-2是本发明中承台的剖视图；

图3是本发明中端板的俯视图；

图4-1是本发明中哑铃型钢管的俯视图；

图4-2是本发明中哑铃型钢管的主视图；

图5-1是本发明中桥墩钢结构部分临时固定在承台上的俯视图；

图5-2是本发明中桥墩钢结构部分临时固定在承台上的主视图。

图中，1-哑铃型钢管，2-内填混凝土，3-端板，4-金属波纹套筒，5-承台，6-圆形钢管，7-钢板，8-锚栓孔，9-锚栓连接件，10-纤维增强水泥。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明中提出的一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩，包括哑铃型钢管1，如图4-1和图4-2所示，所述哑铃型钢管1由两个圆形钢管6及焊接于所述两个圆形钢管6之间的双层钢板7构成，所述双层钢板7沿所述两个圆形钢管6的形心连线对称分布，所述双层钢板7与所述两个圆形钢管6之间的焊接采用角焊缝焊接。所述哑铃型钢管1的底部采用角焊缝焊接有端板3，所述端板3的外轮廓大于所述哑铃型钢管1的横截面的外轮廓，所述端板3上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔8，如图3所示，所述哑铃型钢管1内填充有混凝土2，在所述哑铃型钢管内部浇筑混凝土，抑制钢管向内屈曲。

本发明钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构，如图2-1和图1-2所示，承台是钢筋混凝土承台5，所述钢筋混凝土承台5的中央位置处设有用于埋置哑铃型钢管混凝土组合桥墩的槽，所述槽的深度为桥墩埋置深度，所述槽的侧壁由与钢筋混凝土承台嵌固的金属波纹套筒4构成，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩通过预埋螺栓9与所述钢筋混凝土承台5临时固定；所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩1的水平投影的外轮廓小于所述金属波纹套筒4的水平投影的内轮廓，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩与所述金属波纹套筒4之间填充有纤维增强水泥10。

本发明钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构的施工方法，桥墩与承台采用灌浆波纹套筒埋入式连接，本发明中的哑铃型钢管1与钢筋混凝土承台5为预制构件，均可满足工厂预制，现场装配，实现快速施工。具体的施工步骤如下：

步骤一、哑铃型钢管1工厂预制，按照设计尺寸制作端板3，在端板3上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔8，如图3所示；按照设计尺寸加工双层钢板7和两个圆形钢管6，并采用角焊缝焊接将双层钢板7与两个圆形钢管6焊接，在底部采用角焊缝焊接上端板3，从而构成哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分，如图4-1和图4-2所示。双层钢板7和圆形钢管6的材质可选用普通低碳钢或耐候钢，也可采用屈服强度在550MP以上的高强钢。若应用于跨江、跨水库、跨海大桥中，亦可采用不锈钢，提高其抗腐蚀能力。为避免中间双层钢板7构成的腹板与圆形钢管6之间的角焊缝爆裂，混凝土采用常规浇筑，不采用高压泵送。

步骤二、钢筋混凝土承台5工厂预制：按照钢筋混凝土承台5的设计尺寸绑扎钢筋笼，在钢筋混凝土承台5浇筑前，于桥墩埋置位置处设置金属波纹套筒4，为桥墩预留埋置空间，所述金属波纹套筒4的截面尺寸大于桥墩底部的端板3尺寸，所述金属波纹套筒4的高度为桥墩埋置深度；并于与端板3上锚栓孔8对齐的位置处设置预埋锚栓9；浇筑混凝土，得到预制钢筋混凝土承台5，如图2-1和图2-2所示。

步骤三、在施工现场，按照设计位置安装步骤二预制的钢筋混凝土承台5，将步骤一制得的哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分，按照端板3朝下竖立在钢筋混凝土承台5内的金属波纹套筒4中，现场吊装时，承台上的预埋锚栓9与端板3上的锚栓孔8对齐，通过锚栓连接件将哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分与钢筋混凝土承台5连接，锚栓9仅起施工过程中钢管临时固定作用，如图5-1和图5-2所示，即使哑铃型钢管1于桥墩指定位置处临时固定。所述哑铃型钢管1安装完成后，向哑铃型钢管1的圆形钢管6内侧及双层钢板7内侧浇筑混凝土，从而构成了哑铃型钢管混凝土组合桥墩，所浇筑的混凝土可以选自于普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土和橡胶混凝土中的任何一种，所述金属波纹套筒4与哑铃型钢管混凝土组合桥墩之间的空隙采用纤维增强水泥10填充，如图1-1和图1-2所示。

本发明钢管混凝土组合桥墩具有轴向及抗弯承载力高，延性好，横向刚度大的特点，施工便捷，现场作业量及湿作业少，满足快速施工的需求，可应用于重大桥梁工程的桥墩尤其是高墩结构使用

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构，钢管混凝土组合桥墩是哑铃型钢管混凝土组合桥墩，该哑铃型钢管混凝土组合桥墩包括哑铃型钢管(1)，所述哑铃型钢管(1)的底部采用角焊缝焊接有端板(3)，所述端板(3)的外轮廓大于所述哑铃型钢管(1)的横截面的外轮廓，所述端板(3)上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔(8)，所述哑铃型钢管(1)内填充有混凝土(2)其特征在于，承台是钢筋混凝土承台(5)，所述钢筋混凝土承台(5)的中央位置处设有用于埋置哑铃型钢管混凝土组合桥墩的槽，所述槽的深度为桥墩埋置深度，所述槽的侧壁由与钢筋混凝土承台(5)嵌固的金属波纹套筒(4)构成，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩通过预埋锚栓(9)与所述钢筋混凝土承台(5)临时固定；所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩的水平投影的外轮廓小于所述金属波纹套筒(4)的水平投影的内轮廓，所述哑铃型钢管混凝土组合桥墩与所述金属波纹套筒(4)之间填充有纤维增强水泥(10)。

2.一种权利要求1所述的钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、哑铃型钢管(1)工厂预制：按照设计尺寸制作端板(3)，在端板(3)上沿桥墩横桥向两侧各设有1个锚栓孔(8)；按照设计尺寸加工双层钢板(7)和两个圆形钢管(6)，并采用角焊缝焊接将双层钢板(7)与两个圆形钢管(6)焊接，在底部采用角焊缝焊接上端板(3)，从而构成哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分；

步骤二、钢筋混凝土承台(5)工厂预制：按照钢筋混凝土承台(5)的设计尺寸绑扎钢筋笼，在钢筋混凝土承台(5)浇筑前，于桥墩埋置位置处设置金属波纹套筒(4)，为桥墩预留埋置空间，所述金属波纹套筒(4)的截面尺寸大于桥墩底部的端板(3)尺寸，所述金属波纹套筒(4)的高度为桥墩埋置深度；并于与端板(3)上锚栓孔(8)对齐的位置处设置预埋锚栓(9)；浇筑混凝土，得到预制钢筋混凝土承台(5)；

步骤三、在施工现场，按照设计位置安装步骤二预制的钢筋混凝土承台(5)，将步骤一制得的哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分，按照端板(3)朝下竖立在钢筋混凝土承台(5)内的金属波纹套筒(4)中，且预埋锚栓(9)与端板(3)上的锚栓孔(8)对齐，通过锚栓连接件将哑铃型钢管混凝土组合桥墩的钢结构部分与钢筋混凝土承台(5)连接，使哑铃型钢管(1)于桥墩指定位置处临时固定；然后，向哑铃型钢管(1)的圆形钢管(6)内侧及双层钢板(7)内侧浇筑混凝土，从而构成了哑铃型钢管混凝土组合桥墩；所述金属波纹套筒(4)与哑铃型钢管混凝土组合桥墩之间的空隙采用纤维增强水泥(10) 填充。

3.根据权利要求2所述钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构的施工方法，其特征在于，步骤三中，向哑铃型钢管(1)的圆形钢管(6)内侧及双层钢板(7)内侧浇筑的混凝土选自于普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土和橡胶混凝土中的任何一种。

4.根据权利要求2所述钢管混凝土组合桥墩与承台的连接结构的施工方法，其特征在于，步骤一中，双层钢板(7)和圆形钢管(6)的材质选用普通低碳钢、耐候钢和屈服强度在550MP以上的高强钢和不锈钢中的任何一种。

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